Siliconas, esos polímeros que nos facilitan la vida

¿Qué son?

Las Siliconas son una gran familia de productos poliméricos orgánicos de silicio con una cadena de átomos alternados de silicio y oxígeno. Gracias a la tetravalencia del silicio, es posible encontrar una amplia variedad de combinaciones que permiten un gran número de aplicaciones. Desde los polímeros lineales que encontramos como en los antiespumantes hasta resinas entrecruzadas que hacen parte de materiales para aplicaciones médicas.^[1]

Un polímero que encontramos en todos lados

Aparte de las aplicaciones médicas mencionadas, las siliconas son polímeros de amplia aplicación industrial debido a su baja tensión superficial, estabilidad térmica, resistencia química y propiedades lubricantes y antiadherentes. Como antiespumante, se utiliza en procesos de tratamiento de aguas, fabricación de papel, industria alimentaria, fermentación y producción química; como lubricante, se emplea en mecanismos industriales, textiles, componentes plásticos y aplicaciones que requieren reducir la fricción; como agente desmoldante, facilita la separación de piezas en procesos de moldeo de caucho, plásticos, poliuretano y materiales compuestos; y como abrillantador, forma parte de formulaciones para el cuidado de vehículos, muebles, calzado, cuero y superficies plásticas. Estas aplicaciones se extienden también a los sectores cosmético, farmacéutico, electrónico y de construcción, donde sus propiedades pueden aprovecharse mediante formulaciones adaptadas a cada uso. Esto demuestra que su versatilidad permite utilizarlo en decenas de sectores industriales y en numerosas formulaciones comerciales, dejando pocos aspectos de nuestras vidas libres de estas macromoléculas.

¿Cómo se obtiene este polímero?

Síntesis de PDMS: proceso Müller–Rochow

La ruta industrial para obtener el PDMS requiere temperaturas cercanas a 2.000 – 2.200°C, mientras que su transformación en dimetildiclorosilano ocurre a temperaturas mucho menores, normalmente alrededor de 300°C. Después, el dimetildiclorosilano se hidroliza y los productos resultantes se condensan y polimerizan para producir los siloxanos.^[2]

La síntesis clásica de polímeros organosililados comienza con la reacción de silicio elemental y cloruro de metilo en presencia de un catalizador basado en un metal como el cobre, a elevadas temperaturas. Este proceso, conocido como Müller–Rochow o síntesis directa, produce una mezcla de clorosilanos. Posteriormente, los distintos clorosilanos se separan mediante destilación para obtener el diclorodimetilsilano, el precursor principal para fabricar el PDMS. El diclorodimetilsilano reacciona con agua para generar grupos silanol y enlaces siloxano, formando una mezcla de oligómeros lineales y cíclicos. La condensación de los grupos silanol permite construir cadenas con enlaces repetidos silicio–oxígeno–silicio (Si–O–Si), característicos del PDMS. El control de las condiciones de reacción y de la purificación es esencial para obtener el producto adecuado para la aplicación prevista.

Aunque esta tecnología permite producción a gran escala, requiere instalaciones especializadas y controles rigurosos por el manejo de sustancias corrosivas y reactivas como el HCl.

Polimerización por apertura de anillo (ROP)

Otra tecnología consiste en utilizar siloxanos cíclicos, especialmente octametilciclotetrasiloxano (D4), como unidades de partida. Mediante catalizadores ácidos o básicos, se abren los anillos y las unidades se enlazan para formar cadenas de PDMS. La longitud de las cadenas y la distribución de pesos moleculares pueden ajustarse, entre otros factores, mediante la selección del iniciador, el catalizador y los agentes reguladores de cadena. Esta ruta es especialmente importante para producir siliconas de distintas viscosidades y polímeros con grupos funcionales terminales.^[3]

Policondensación de silanoles

La policondensación utiliza oligómeros de siloxano terminados en grupos silanol para formar cadenas más largas, liberando moléculas pequeñas durante la reacción. Históricamente, esta tecnología se ha empleado industrialmente para producir polisiloxanos lineales de alto peso molecular. Su ventaja es que permite aprovechar intermediarios obtenidos por hidrólisis; sin embargo, controlar el peso molecular, limitar reacciones secundarias y reducir el contenido de oligómeros cíclicos son aspectos relevantes del proceso.^[1]

Como es costumbre en este espacio, hacemos la invitación a desarrollar tecnologías propias que permitan acceder a estas importantes materias primas para la industria colombiana. En este sentido, es importante tener en cuenta las etapas críticas del proceso, que son aquellas que requieren de elevadas temperaturas (300 - 2000 ^oC) y es aquí donde se deben poner los esfuerzos para desarrollar el sector de las siliconas producidas en nuestro país. 

Si deseas conocer las aplicaciones en el mercado colombiano de las siliconas te invitamos a revisar los blogs que hemos venido construyendo en alianza con la empresa Zerachem (zerachem.com), una empresa con más de 30 años de experiencia en el desarrollo de soluciones basadas en siliconas para tu negocio.

En estos productos podrás encontrar:

La espuma en la industria: https://zerachem.com/la-espuma-en-la-industria/

Dónde se recomienda aplicar el antiespumante: https://zerachem.com/antiespumantes-si-pero-donde/

Guía técnica para la selección de antiespumantes: https://zerachem.com/seleccion-de-antiespumantes/

Control de la espuma en la industria alimentaria: https://zerachem.com/antiespumantes-alimenticios/

Entre otros...

Referencias

[1]. Direct Human Contact with Siloxanes (Silicones) – Safety or Risk. Part 1: Characteristics of Siloxanes (Silicones). (2016). International Journal of Molecular Sciences. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4884743/

[2]. Brook, M. A. (2021). Silicone Polymers—Celebrating 80 Years of the Direct Process. Macromolecular Rapid Communications, 42(5), 2100048. https://doi.org/10.1002/marc.202100048

[3]. Bezlepkina, K. A., Milenin, S. A., Vasilenko, N. G., & Muzafarov, A. M. (2022). Ring-Opening Polymerization (ROP) and Catalytic Rearrangement as a Way to Obtain Siloxane Mono- and Telechelics, as Well as Well-Organized Branching Centers: History and Prospects. Polymers, 14(12), 2408. https://doi.org/10.3390/polym14122408